Post on 07-Feb-2018
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
1/54
SENZORI
To su elementi koji pretvaraju neku fiziku veliinu u analogni (naponski)
signal.
Svaki senzor ima svoj merni opseg. On nam govori u kom rasponu moemo
meriti eljenu fiziku veliinu, a a greka merenja ostane u unapre zaatim
granicama.
Primer:
1)
Za neki laserski daljinomer merni opseg je 1-10mm
2)
Za senzor temperature 0,5-100 C
Pored mernog opsega svaki senzor mora imati definisanu mernu
karakteristiku. Taj poatak nam poklazuje kakav je onos izmeu intenziteta
fizike veliine koju merimo/pratimo i analognog signala u koji de je senzor
pretvoriti.
Primer:
1) Ako je merna karakteristika senzora temperatura 0,01V/C=10mV/C
senzor de 100C pretvoriti u 1V
Greka merenja kod senzora
Proizvoa senzora aje opseg u kome ne garantuje tanost raa senzora. Taj
poatak moe biti izraen u procentima pune skale (% F.S.), ili u procentima
oitanog rezultata (%RG).
% F.S.
ta ova oznaka praktino znai?
Ako je merni opseg nekog senzora temperature 0-100C, a greka je ata u
oliku 1%F.S. to znai a je greka u svakom elu mernog opsega 1% o 100C
(puna skala), tj. 1C. Tako a je pri oitavanju temperature o 100C taan
rezultat u dijapazonu od 99-101C, ali takoe i a je pri oitavanju temperature o
10C taan rezultat u ijapazonu 9-11C. Apsolutno, greka je ista (2C), ali je u
rugom sluaju relativna greka mnogo veda.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
2/54
%RDG
Ovaj poatak aje relativnu greku svakog izvrenog merenja. Ako je greka
merenja senzora ata u obliku 1%RG to znai a de ko merenja temperature
o 100C greka biti 1C. ok de ko izmerene temperature o 50C ozvoljenagreka biti 0,5C.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
3/54
SENZORI TEMPERATURE
TERMOPAR
Termopar je najede korideni senzor temperature. Sastoji se o ve ice kojesu spojene na jednom kraju, a napravljene od razliitih materijala. Kaa na tom
spoju oe o promene temperature, na slobonim krajevima ica se javlja razlika
potencijala (napon). Ovu pojavu je otkrio Thomas Johann Seebeck 1821. godine.
Po njemu se ova pojava naziva i Seebeck-ov efekat.
Okvirno, karakteristika termoparova je izmeu 1 i 70 V/C.
Standardni termoparovi
TIP Pozitivni metal Negativni metal Merni opseg
B Platina - 6% Rodijum Platina - 30% Rodijum 0 - 1820C
C Volfram - 5% Renijum Volfram - 26% Renijum 0 - 2320CE Nikl - 10% Hrom Bakar - 45% Nikl -270 - 1000C
Termoparovi se koriste tamo ge je potrebno meriti temperature u irokom
opsegu (0-2300C), tanodu ne vedom o 1C. Za manje opsege (0-100C) i
tanost o 0,1C koriste se termistori.
Vano je usklaiti osobine termopara sa osobinama kabla koji povezuje
termopar sa mernim ureajem. Kablovi ne mogu biti o istog materijala kao i ice
termopara jer bi to bilo jako skupo (maa iealno po pitanju tanosti merenja).
Zato se koriste jeftinije legure koje imaju sline osobine. Na primer, za termopar
na bazi platine, kablovi su od bakarne legure (bakar je mnogo jeftiniji od platine).
BESKONTAKTNO MERENJE TEMPERATURE
Ureaj meri energiju infracrvenog zraenja tela i na osnovu toga aje poatak
o temperaturi tog tela.
Ureaj se sastoji o soiva koje fokusira infracrveno zraenje na etektor koji
tu energiju pretvara u naponski signal. Ovakvi ureaju esto imaju integrisan laser
koji olakava ciljanje eljenje povrine.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
4/54
Bitan podatak vezan za ove uraeje je istance : Spot ratio. On nam govori o
tome kolika je povrina iju temperaturu merimo, u onosu na rastojanje ureaja
o te povrine. Na primer, ako je :S = 20:1 to znai a demo sa ualjenosti o
20cm meriti temperaturu povrine kruga prenika 1cm.
Prednosti beskontaktnog merenja temperature:
1) Merenje ne traje vie o 0,5s
2) Moe se meriti temperatura pokretnih objekata (maine, pokretne trake,...)
3) Mogude je meriti temperature o 3000C
Nedostaci:
1) Ureaj zahteva obru viljivost (praina i im oteavaju merenje)
2) Moe se meriti iskljuivo temperatura povrina
TERMISTORI
Termistori su elementi za merenje temperature ija je elektrina otpornost
proporcionalna promeni temperature. Termistori se prave od keramike ili nekih
vrsta polimera.
IZGLED TERMISTORA
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/NTC_bead.jpg7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
5/54
Termistori imaju temperaturni opseg od -90C o 130C ok im je tanost
merenja oko 0,1C.
Princip raa termistora se moe prikazati kroz sleedupojednostavljenu
formulu:
R- promena otporaT- promena temperaturek- temperaturni koeficijent
Vano je napomenuti a je ove zavisnost ata u linearnom obliku, to u realnim uslovima
nije sluaj. Bez pojenostavljenja, promena elektrine otpornosti u zavisnosti o promene
temperature bi se najvernije prikazala sleedomformulom:
U gornjoj jenaini a, b i c su tajnhart-Hartovi koeficijenti i efiniu se za svaki
termistor posebno. Temperatura T je u stepenima Kelvina, a otpornost R je u Omima.
U zavisnosti od toga kojeg je znaka temperaturni koeficijent razlikujemo dve
vrste termistora. Ukoliko je temperaturni koeficijent pozitivan re je o PTC
(Positive Temperature Coefficient) termistorima. Takoe se nazivaju i POZITORI.
Ako je temperaturni koeficijent negativan u pitanju su NTC (Negative
Temperature Coefficient) termistori. Ko PTC termistora elektrina otpornost
raste sa povedanjem temperature, ok ko NTC termistora elektrina otpornost
opaa sa povedanjem temperature.
Postoje termistori koji se koriste kao prekiai. Oni spaaju u grupu PTC
termistora. Njihova promena elektrine otpornosti u onosu na promenu
temperature nije linearna. Do nekih temperatura otpornost ima malu vrednost.
Kaa temperatura ovoljno poraste, elektrina otpornost eksponencijalno raste i
prekia struju u kolu. Ova vrsta termistora se ne koristi za merenje
temperature, ved iskljuivo u funkciji prekiaa.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
6/54
TERMOOTPORNI AVA TEMPERATURE (Resistance Temperature Detector-RTD )
Termootporni avai temperaturerade na istom principu kao termistori.
Razlika je u tome to imaju linearnu zavisnost promene elektrine otpornosti u
onosu na promenu temperature. To je mogude jer su, za razliku o termistora
koji su od keramike i polimera, RTD napravljeni od platine. Prirodno svojstvo
platine je a joj je ova zavisnost linearna. Termootporni avai temperature
moraju biti napajani strujom.
Najpoznatiji termootporni ava je PT100. Oznaka govoi a je elektrina
otpornost ovog avaa, na 0C, 100 . Stanarizovana karakteristika
termootpornih avaa temperature je 0.385/C. Merni opseg je od -200C o500C.
U onosu na termistore, termootporni avai temperature, imaju vedi merni
opseg i stabilnost merenja, ali manju preciznost.
TERMOOTPORNI AVA
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
7/54
AKCELEROMETRI
PIEZOELEKTRINI
Piezoefekat je pojava a se na krajevima nekih materijala generie elektricitet
kaa na njih eluje sila. Materijali koji se najede koriste su: kvarc, barijum-
titanat, olovo-cirkon.
TRI NAINA OPTEREDENJA PIEZOELEKTRINIHELEMENATA
PIEZOELEKTRINI EFEKAT
Bitno je zapamtiti a piezoelektrini elementi ne reaguju na konstantnu silu,
ved samo na impuls sile. Konkretno, to znai a ako na piezoelektrini element
spustimo teg o 100kg, u prvom trenutku de se generisati ogovarajudi napon
(nastao usle uara pri sputanju). im se teg smiri, napon generisan na polovima
elementa de biti nula!!! To znai a piezoelektrine elemente ne moemo koristiti
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
8/54
za merenje konstantnih sila (vage, avai pritiska...), ved za merenje onih
promenljivih (avai vibracija).
S obzirom na slab izlazni signal iz senzora i veliku izlaznu impedansu,
neophoan je pojaiva. Ranije je koriden spoljni pojaiva, ali je taj meto
obaen zbog prisustva uma. anas se pojaiva postavlja unutar kudita avaa.
Akcelerometri se na mainu ije vibracije merimo montiraju ili posrestvom
magnetne stope, ili pomodu navojnog para.
Karakteristika akcelerometra se daje u obliku 100 mV/g (g je ubrzanje
zemljine tee).
Postoje i piezorezistivni avai. Oni menjaju svoju otpornost u zavisnosti od
sile koja na njih eluje. Za razliku o piezoelektrinih, piezorezistivni mogu a
mere konstantna opteredenja.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
9/54
SENZORI PROTOKA
OPTIKI MERAI (Laser Doppler Anemometry - LDA)
Ova metoda merenja zahteva da cev kroz koju prolazi fluid bude providna namestu ge se protok meri. Takoe, u samom fluiu moraju postojati estice
prenika 0,2 - 0,4m. U tu svrhu se najede u flui oaju so, crvena ljaka,
titanijum dioksid...
Na fotodiodi se prikupljaju zraci odbijeni o estice. U zavisnosti o frekvence
rasprene svetlosti lasera izraunava se brzina estice (smatra se a su estice
dovoljno male, tako da je njihova brzina u stvari brzina fluida). Velika prednost
ove metoe je to se samim izvoenjem merenja ne utie na tok fluia.
Greka pri merenju LA metoom je ispo 1%.
EMA RAA APARATURE (LASER OPPLER ANEMOMETRY)
MERNO MESTO (PROVIDNA CEV)
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
10/54
ULTRAZVUNI MERAIPROTOKA
Ova metoda se zasniva na tome da brzina zvuka kroz fluid zavisi od brzine
proticanja tog fluida.
Ultrazvuni signal se proizvoi pomodu piezoelektrinih kristala (napon se
ovoi na polove kristala i to izaziva pulsiranje kristala).Piezoelektrini kristal
vibrira frekvencom od 50kHz do kekoliko Mhz.
PRINCIP RAA ULTRAZVUNOG MERAA PROTOKA
Sone A i B su ujeno i prijemnici i oailjai. Naizmenino jean rugome
alju ultrazvune signale. Signal koji putuje niz tok strujanja fluia biva ubrzan,
ok signal koji putuje uz tok fluia biva usporen. Razlika izmeu ovih brzina
prostiranja ultrazvuka je proporcionalna brzini strujanja fluida. Prednost ovemetoe je to nema potrebe a cev bue provina, nije neophono a se u tok
fluia oaju bilo kakve estice. Merenje se moe vriti pojenako obro i na
metalnim i na plastinim cevima.
REALAN IZGLE MERNOG UREAJA
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
11/54
ELEKTRINE I ELEKTRONSKE KOMPONENTE
TRANSFORMATOR
To je elektrini ureaj koji slui za smanjenje ili povedanje napona u kolu
naizmenine struje. Sastoji se o va namotaja PRIMARA i SEKUNARA. Ako se
vremenski promenljiv napon (Vp) prikljui na primar o Np navojaka struja koja
tee kroz primar inukuje magnetno polje. Magnetno polje primara inukuje
struju u namotajima sekunara. U iealnom sluaju, magnetni fluks na primaru
jednak je magnetnom fluksu na sekundaru.
Napomena:
Jenosmerni napon nede ati promenljivi fluks u jezgru, tako a transformator ne
moe vriti svoju funkciju kaa je u pitanju jenosmerna struja.
Gubici.
Za razliku od idealnog transformatora, kod realnog se javljaju gubici.
Gubici u bakru (bakarni namotaji) se javljaju zbog otpornosti namotaja
Gubici u gvou (jezgro je o gvoa)se javljaju zbog magnetnih efekata.
Inukovana struja tee kroz jezgro i izaziva njegovo zagrevanje.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
12/54
Rasipanje. Nisu sva magnetna polja, inukovana na primaru, uhvadena o
strane sekundara
Histerezis. Svaki put kaa magnetno polje promeni smer mala koliina
energije se izgubi zbog histerezisa u magnetnom jezgru. Nivo histerezisa
zavisi od materijala jezgra.
Ko velikih transformatora je obavezno hlaenje (najvie zbog toplote koja
se javlja usle gubitaka u bakru i gvou). Energija potroenna na hlaenje
takoe spaa u gubitke transformatora.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
13/54
OPERACIONI POJAIVA (OP AMP, Operational Amplifier)
To je iferencijalni elektronski pojaiva iji je zaatak a pojaa razliku izmeu
dva ulazna signala. Jedan ulaz ima pozitivan efekat na izlazni signal, a drugi ima
negativan. Zbog toga je prvi ulaz neinvertujudi (+), a rugi invertujudi (-). Pored
toga, operacioni pojaiva ima i va terminala za napajanje.
KONSTRUKCIJA
Sastoji se iz tri osnovna dela:
1)
Ulazni stepen (pojaava razliku napona na ulaznim prikljucima)
2) Naponski pojaiva (uvoi oatno pojaanje signala)
3) Izlazni stepen (Obezbeuje ovoljno veliko strujno pojaanje)
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
14/54
KARAKTERISTIKE IDEALNOG OP AMP
1) Beskonana ulazna otpornost (nulte ulazne struje)
2) Nulta izlazna otpornost (izlaz se ponaa kao iealni naponski izvor)
3)
Beskonano pojaanje u otvorenoj petlji4)
irok propusni opseg (iealno bi bilo a proputa sve frekvence)
5) Najveda moguda brzina odziva
6) Nulti naponski i strujni offset
7) Nulti um
PRIMENA
1)
Naponski komparator
Ukoliko je napon na ulazu V1 vedi o napona V2 taa de napon na izlazuoperacionog pojaivaa biti +Vcc (pozitivan napon napajanja). Ukoliko je napon naulazu V2 vedi o napona V1 taa de napon na izlazu operacionog pojaivaa biti -Vcc (negativan napon napajanja).
2) Neinvertujudi pojaiva
Ko ovog pojaivaa ulazni signal se ovoi na neinvertujudi ulaz (+).
Negativnom povratnom spregom obijeno je konano pojaanje koje zavisi
iskljuivo o oabira vrenosti za R1 i R2. Pojaanje ko neinverujudeg pojaavaa
je uvek vede o 1 i na izlazu se obija signal koji je u fazi sa ulaznim signalom.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/sr/5/56/Simbol.png7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
15/54
3) Invertujudi pojaiva
Negativna povratna sprega, koja je ostvarena pomodu otpornika Rf, vrada eo
signala sa izlaza na invertujudi ulaz kakobi pojaanje operacionog pojaivaa bilo
konano. Izuzetno je bitno a pojaanje ne zavisi od samog operacionogpojaivaa ved iskljuivo o izbora vrednosti za Rf i Rin. Izlazni signal je fazno
pomeren za u onosu na ulazni signal.
4) Sumator (sabira)
Uloga ovog sklopa je sabiranje signala prisutnih na ulazu, i davanje rezultata na
izlazu.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/04/Opampsumming.svghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/Opampinverting.svghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6b/Opampnoninverting.svg7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
16/54
5)
Integrator
Uloga ovog sklopa je integrisanje ulaznog signala po vremenu.
6)
Diferencijator
Uloga ovog sklopa je diferenciranje ulaznog signala.
7)
iferencijalni pojaiva
Operacioni pojaivane moemo koristiti irektno kao iferencijalni pojaiva.
Zbog beskonanog pojaanja opseg promena ulaznih napona, gje pojaiva ne
rai kaa je u zasidenju, je veoma mali. Reenje se svoi na oavanje povratne
sprege kojom se dobija kontrolisano iferencijalno pojaanje.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4b/Opampdifferentiating.svghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/02/Opampintegrating.svg7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
17/54
8) Instrumentacioni pojaiva
Instrumentacioni pojaiva ima znatno vedu ulaznu impeansu uodnosu na
iferencijalni pojaiva. Osim te prednosti, ovaj sklop poseduje niz prednosti kao
to su mogudnost regulacije pojaanja pomodu samo jenog otpornika (Rgain) i
veoma dobar faktor potiskivanja srednje vrednosti signala (CMRR). To je zbog
uparenosti elemenata, koje se ne remeti promenom pojaanja, odnosno
promenom otpornosti otpornika Rgain.
9) Jeinini pojaiva
Jeinini pojaiva je specijalni sluaj neinvertujudeg pojaivaa. Ulazna
impeansa jeininog pojaivaa je beskonano velika, a njegovo naponsko
pojaanje iznosi tano jean. Zato on predstavlja idealni razdvojni stepen, i
prestavlja iealno reenje kaa je potrebno povezati sklop koji ima veoma veliku
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66/Opampinstrumentation.svghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d5/Opamp-differential.svg7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
18/54
izlaznu impedansu sa sklopom koji ima malu ulaznu impedansu. Kao takav on
spreava uticaj opteredenja na sam izvor signala.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d2/Opampvoltagefollower.svg7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
19/54
OPTOKAPLER (OPTO COUPLER)
Osnovna funkcija optokaplera je a sprei uticaj neprevienih naponskih
preopteredenja (pikova) na osetljive elemente kola.
Sastoji se od ifracrvene fotodiode i fotodetektora (fotosenzitivna silikonska
dioda).
Struja dolazi na fotodiodu. Tu se pretvara u svetlosni zrak. Taj svetlosni zrak
paa na fotoetektor ge se opet pretvara u elektrini signal.
Prenost optokaplera u onosu na transformator je ta to moe a rai i sa
jednosmernom strujom.
Optokapler je mnogo bri o fototranzistora (fototranzistor je ujeno i
etektor svetlosti i pojaiva), ali je prenosni onos prilino mali (nema
mogudnost pojaanja).
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
20/54
DIODA
Elektronska komponenta koja proputa struju u samo jenom smeru. Zbog te
svoje osobine esto se koristi za pretvaranje naizmenine u jenosmernu struju.
Ima vie vrsta:
1)
Zener diode (za regulisanje napona)
Ova vrsta dioda se naziva i probojna dioda. Posebna osobina ove vrste dioda je
da mogu provoditi struju u oba smera. Ovaj efekat se naziva Zenerov proboj.
Provoenje struje u suprotnom smeru je mogude samo pri oreenoj vrenosti
napona. To se najede koristi za konstrukciju referentnog naponskog izvora ili u
kolima za stabilizaciju i ogranienje napona.
ZENER DIODA I OGOVARAJUDI SIMBOL
2)
Varactor diode (Varicap,Variable capacitance diode, Tunning diode)
Koriste se kao naponski kontrolisani kondenzatori kod oscilatora.
VARACTOR IOA I OGOVARAJUDI SIMBOL
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
21/54
3)
Tunel diode (za generisanje RF oscilacija)
VARACTOR IOE I OGOVARAJUDI SIMBOL
4)
LED (Light Emitting Diodes, za dobijanje svetlosti)
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
22/54
RELEJ (RELAY)
To je elektrino kontrolisani prekia. Najede je ukljuivanje/iskljuivanje
zasnovano na radu elektromagneta, ali postoje i druga reenja. Ovaj element se
koristi tamo ge postoji potreba za kontrolom pomodu struja male snage.
IZGLED RELEJA
Posebna vrsta releja koji nemaju pokretne elove naziva se SOLI STATE releji.
Postoje neutralni releji (menjaju stanje u kojem se nalaze bez obzira na smer
struje) i polarizovani (reaguju samo na struju oreenog smera).
Obeleavanje: 12Vdc, 120Vac, 3A
PRINCIP RADA RELEJA
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
23/54
To znai a je rani napon elektromagneta 12V, a kontakti koje relej kontrolie su
previeni za 120V naizmenine struje ne vede o 3A.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
24/54
LOGIKA KOLA
Obavljaju logike operacije na jenim ili vie logikih ulaza i aju samo jean
logiki izlaz.
Najede se izvoi BOOLEAN logika u igitalnim kolima.
Fiziki se izvoe pomodu ioa i tranzistora, ali i uz pomod releja (relej logika),
pneumatike, optike...
Tip kola Simbol Karakteristike
I
ULAZ IZLAZ
A B A i B
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
ILI
ULAZ IZLAZ
A B A ili B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
INVERTOR KOLOULAZ IZLAZ
A Ne A
0 1
1 0
NI
ULAZ IZLAZ
A B A NI B
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
NILI
ULAZ IZLAZ
A B A nili B
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
http://sr.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0:NOR_ANSI.svghttp://sr.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0:NAND_ANSI.svghttp://sr.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0:NOT_ANSI.svghttp://sr.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0:OR_ANSI.svghttp://sr.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0:AND_ANSI.svg7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
25/54
EKSILI
ULAZ IZLAZ
A B A eksili B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
EKSNILI
ULAZ IZLAZ
A B A eksnili B
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
DC-DC KONVERTOR
To je elektrino kolo koje jenosmernu struju jenog naponskog nivoa
pretvara u (opet) jednosmernu struju drugog naponskog nivoa. Novi naponski
nivo moe biti i vii i nii o poetnog.
LINEARNI DC-DC KONVERTOR
Izlazni napon iz ovog konvertora moe biti samo manji o ulaznog. Efikasnostkonvertora ove vrste je jako mala, pogotovu kada je izlazni napon mnogo manji od
ulaznog. Taa je jaina izlazne struje velika. Gubitak kroz zagrevanje elemenata je
je jednak proizvodu pada napona i jaine izlazne struje i ko ovakvih konvertora je
taj gubitak veliki. U nakim sluajevima se posebno projektuje sistem za ovoenje
toplote kako ne bi olo o temperaturnog preopteredenja kola.
Prenost ove vrste konvertora je to su jeftini. Takoe, izlazni napon je
stabilan, sa malim prisustvom uma.
PREKIAKONVERTORI (SWITCH)
Konverzija se ko ove vrste konvertora vrii pomodu elektronike. Prvo se
napon jednosmerne struje diskretizuje u niz impulsa. Zatim se obara napon
http://sr.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0:XNOR_ANSI.svghttp://sr.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0:XOR_ANSI.svg7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
26/54
impulsa (na taj nain su gubici manji). Impulsi manjeg napona se zatim integriu u
jednosmerni napon.
Efikasnost ove vrste konvertora je u rasponu 75% - 98%. Efikasniji su od
linearnih konvertora.
Nedostatakje to to ova vrsta konvertora generie osta uma (smetnji).
MAGNETNI KONVERTORI
Energija ulazne struje se naizmenino sklaiti i oslobaa iz magnetnog polja
inuktivnog kola ili transformatora. Sve se to eava uestanodu o 300 kHz o
10 MHz. Poeavanjem uty Cycle-a (odnos vremena tokom kojeg je konvertoraktivan i vremena tokom kojeg je neaktivan) kontrolie se snaga izlazne struje.
Primarno se koristi za kontrolu izlaznog napona, ali se na isti nain moe
kontrolisati i ulazna i izlazna struja, kao i oranje konstantne snage.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
27/54
ENKODER
Senzor koji koristimo kako bismo saznali:
1)
Broj obrtaja vratila2)
Poziciju vratila (u odnosu na stator)
3)
Smer obrtanja vratila
Enkoer moe raiti na:
1)
mnagnetno-otpornom principu
2)
magnetnom principu sa Hall-ovim avaem
3) optikom principu
PRINCIP RADA OPTIKOGENKODERA I OBLIK SIGNALA KOJI DAJE
Disk se montira na vratilo. Ne sme biti pomeranja diska u odnosu na vratilo.
Postoje ve vrste optikih enkoera:
1)
Relativni
2)
Apsolutni
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
28/54
RELATIVNI OPTIKI ENKODER
Zove se relativni jer informaciju o poziciji vratila daje u odnosu na reperniprorez na disku.
Poseban optokaplerje zauen za reperni prorez. Kaa on propusti svetlost
sa diode dobijamo informaciju da je vratilo napravilo pun obrtaj. Podatak o
ugaonoj brzini vratila dobija se primenom jednostavne matematike.U sleedoj
formuli t prestavlja vreme koje je proteklo izmeu va prolaza repernog
proreza.
Ugaonu brzinu moemo meriti i ede, tj. i pre nego to vratilo napravi pun
krug. Ako merimo vreme prolaska izmeu bilo koja va proreza na glavnom krugu
i brojimo koliko je proreza za to vreme prolo. Te poatke koristimo u sleedim
formulama.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
29/54
POZICIJA VRATILA
Jedan optokapler prati reperni prorez, dok drugi prati proreze na glavnom krugu.
Pozicija vratila se dobija iz podataka koliko je proreza na glavnom krugu prolo o
poslednjeg prolaza repernog proreza.
SVE SE SVODI NA BROJANJE!!!!
SMER ROTACIJE VRATILA
Za oreivanje smera rotacije je neophono a na glavnom krugu proreza postoje
dva optokaplera. Njihov meusobni razmak mora biti (Z+1/2)*b.
Z - bilo koji ceo broj
b - irina proreza
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
30/54
KAKO SE OREUJESMER OBRTANJA?
A i B su etvrtke koje seformiraju o signala koji stiusa dva optokaplera. To bi
trebalo a buu va ientina signala, meusobno smaknuta zajednu polovinu
irine etvrtke. Razmotridemo va sluaja. Kaa se isk obrde u jenu i u rugustranu. U B nizu se esi promena sa 0 na 1. Tu promenu detektujemo softverski
pomodu programa koji je na PLC-u . Ako je u tom trenutku niz A na vrenosti 0,
kredemo se o crvene linije na levo!rugi sluaj. etektujemo a se u B nizu
opet ogoila promena sa 0 na 1. Ako je u ovom sluajuniz Asada na vrednosti
1, kredemo se o zelene linije na esno. Analogijom razmotrite i va sliaja kaa
se u nizu B esi promena sa 1 na 0!!!
Rezolucija (broj proreza) enkodera ide i preko pet miliona (5x106)!!! Razmislite
o tome koliko je minimalno ugaono pomeranje vratila koje ovakav enkoder moe
detektovati.
APSOLUTNI OPTIKI ENKODER
Zove se apsolutni jer daje apsolutnu poziciju vratila, tj. nevezano za bilo kakav
reper. Fiziki, isk apsolutnog enkoera se razlikuje o iska relativnog.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
31/54
isk ima vie nivoa proreza. Svaki nivo ima svojoptokapler. Rezolucija enkodera
zavisi o broja proreza na najviem nivou.Svaka ugaona pozicija (16 ima na slici)
ima svoju binarnu ifru. Prorez proputa svetlost i taa ima signala tj. cifra je 1.
Ako LED + Fototranzistor stoji na zasunu rezultat je 0. Za
ovaj isk ifre pozicija su sleede Krika Br. 23
22
21
20
0 0 0 0 0
1 0 0 0 1
2 0 0 1 0
3 0 0 1 1
4 0 1 0 05 0 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 1 1 1
8 1 0 0 0
9 1 0 0 1
10 1 0 1 0
11 1 0 1 1
12 1 1 0 0
13 1 1 0 1
14 1 1 1 0
15 1 1 1 1
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
32/54
Kako se decimalni brojevi prevode u binarne?
1) Koliko pozicija za binarni broj imamo na raspolaganju? Za X pozicija
moemo ispisati 2Xbrojeva. Na etiri pozicije (X=4) moemo napisati 24=16
brojeva.
PREVO IZ BINARNOG U ECIMALAN BROJ
Apsolutni enkoer omah po ukljuivanju zna na kojooj se poziciji nalazi. On
omah oitava ko sa LE + Fototranzistor, i aje informaciju u kojoj kriki se
nalazi. To relativni enkoer ne moe a urai (sve ok prvi put ne proe reperni
prorez ne zna se u kojoj je poziciji disk).
ODREIVANJE SMERA OBRTANJA KO APSOLUTNOG ENKOERA
Ako binarni brojevi iu u rastudem nizu vratilo (i isk sa njime) se okrede u
jenom smeru. Ako se brojevi smenjuju u opaajudem nizu u pitanju je rotacija
vratila u suprotnom smeru.
ORIVANJE UGAONE BRZINE VRATILA
Isti princip kao i ko relativnog enkoera. Najede se koristi nivo sa najvedim
brojem proreza, jer to omogudava najvedi broj merenja u toku jenog obrtaja
vratila.
Ogranienje u onosu na relativni enkoer je to to ko relativnog za
povedanje rezolucije treba samo obezbeiti isk sa vedim brojem proreza, ok
ko apsolutnog uz vedi broj proreza moramo obezbeiti i vedi broj parova LE+
Fototranzistor.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
33/54
ELEKTROMOTORI
To su ureaju koji pretvaraju elektrinu energiju u obrtni moment na izlaznom
vratilu.
NAIZMENINA STRUJA
1)
Sinhroni
2)
Asinhroni
JEDNOSMERNA STRUJA
1)
DC motori
2) Step (korani) motori
SINHRONI ELEKTROMOTORI
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
34/54
Glavna karakteristika ove vrste elektromotora je da se rotor vrti istom brzinom
kao i obrtno magnetno polje statora.
STATOR
Oblika je upljeg valjka, sa ljebovima u kojima se nalaze trofazni namotaji.
ROTOR
Sastoji se o namotaja provonika ok ko manjih motora moe biti formiran o
permanentnih magneta. Ukoliko su namotaji u pitanju, oni se napajaju
jednosmernom strujom preko kliznih prstenova. Tako se u namotajima indukuje
elektromagnetno polje.
PRINCIP RADA
Indukovano magnetno polje rotora prati obrtno magnetno polje statora i na taj
nain olazi o rotacije izlaznog vratila. Ukoliko opteredenje motora poraste
preko oreenje granice magnetno polje statora nede modi a prati obrtno
magnetno polje statora i motor de stati.
STARTOVANJE MOTORA
Omah po ovoenju napajanja na stator obrtno magnetno polje poinje a
rotira sinhronom brzinom.
f- frekvenca struje [Hz]
p- broj pari polova
Usle inercije rotora NE olazi o njegovog pokretanja i pradenja obrtnog
magnetnog polja. Trebalo bi zaleteti rotor do brzine bliske sinhronoj brzini, pustiti
napajanje jenosmernom strujom i inukovano magnetno polje rotora de se
sinhronizovati sa obrtnim magnetnim poljem statora. Tri moguda naina
startovanja:
1)
Poseban motor za zaletanje rotora
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
35/54
2)
Postepeno zaletanje motora korekcijom frekvence naizmenine struje
3)
Startovanje motora kao asinhronog do brzine bliske sinhronoj
PREDNOSTI SINHRONOG MOTORA
1)
Nezavisnost brzine obrtanja o promene opteredenja
2) Mogudnost poeavanja faktora snage cos, promenom pobune struje
3) Mogudnost popravke snage nekog rugog potroaa
MANE SINHRONOG MOTORA
1) Rotor se mora obrtati sinhronom brzinom (samo taa M0)
2) Napajanje namotaja na rotoru jenosmernom strujom je loe reenje jer
olazi o varnienja izmeu etkica i prstenova (i o njihovog troenja)
3) Cena je vedanego kod asinhronog motora
ASINHRONI ELEKTROMOTORI
STATOR je isti kao kod sinhronog elektromotora. Napaja se trofaznom
naizmeninom strujom.
ROTOR se sastoji o metalnih ipki koje su na krajevima kratko spojene metalnim
ipkama. Taj oblik poseda na kavez, pa se popularno zove veveriji kavez.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
36/54
Za razliku od sinhronog motora rotor asinhronog nema napajanje. U njemu se
beskontaktno indukuje struja pod uticajem elektromagnetnog polja statora. Taindukovana struja stvara sopstveno elektromagnetno polje koje u interakciji sa
obrtnim elektromagnetnim poljem statora izaziva obrtanje vratila elektromotora.
Kanjenje rotora za obrtnim elektromagnetnim poljem statora se zove klizanje
rotora.
Najede klizanje rotora iznosi 2-10%!!!!
DC MOTOR (DIRECT CURRENT MOTOR)
DC motori se dele u dve grupe:
1) C motori sa etkicama (Brushe C motor)
2) C motori bez etkica (Brushless C motor - BLDC motor)
C MOTOR SA ETKICAMA
Statorse sastoji od dva permanentna magneta. Rotorje napravljen od namotaja
ice. U najjenostavnijoj varijanti rotor je sastavljen o va pola (va namotaja),
ok naprenije verzije imaju tri i vie polova . Vedi broj polova omogudava a
motor startuje bez obzira na meusobni poloaj rotora i statora. Takoe,
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
37/54
distribucija obrtnog momenta je bolje rasporeena ko verzija sa vie pari polova.
Slika 1 Slika 2 Slika 3
Princip rada
Napajanje se dovede na polove (+ i -). Oko namotaja se formira magnetno
polje. Na prvoj slici su namotaji suprotno namagnetisani od permanentnihmagneta uz koje se nalaze. Zbog toga olazi o obijanja meu njima i vratilo
poinje a rotira.Na drugoj slici rotor nastavlja a rotira. Na tredoj slici je prikazan
trenutak pre nego to de rotor odi u takav poloaj a de namotaji biti privueni
o strane permanentnih magneta (razliito su namagnetisani). To bi uzrokovalo
zaustavljanje rotora. Kako bi se rotacija nastavila, neophodno je da se smer struje
kroz namotaje promeni, tj. a se opet namagnetiu razliito o permanentnih
magneta uz koje su se nali. Smer struje se menja uz pomod komutatora. Kaa se
smer jednosmerne struje promeni opet dolazimo u situaciju prikazanu na prvojslici. Proces se ponavlja sve dok ima napajanja na polovima.
Animaciju koja etaljno objanjava princip raa moete pogleati na
http://www.youtube.com/watch?v=RAc1RYilugI.
DC MOTOR BEZ ETKICA
esto ovu vrstu motora sredemo i po nazivom Electronicaly Commutate
motors (nemaju mehaniki komutator, ved elektronsku kontrolu). Prenost u
odnosu na motore sa etkicama je toto ove ne postoji troenje etkica i
prstenova komutatora, nema varnienja, na raspolaganju je vedi obrtni moment i
http://www.youtube.com/watch?v=RAc1RYilugIhttp://www.youtube.com/watch?v=RAc1RYilugIhttp://www.youtube.com/watch?v=RAc1RYilugI7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
38/54
veda pouzanost . Uz to je i efikasnost motora bolja. Mana je to to je kontrolna
elektronika skupa. BLDC motor ima rotorsastavljen od permanentnih magneta i
statorsa namotajima. Na taj nain je izbegnuto da se struja dovodi na rotor koji je
u pokretu. Uz to, namotaji statora su naslonjeni na kudite, preko koga se efikasno
hlade. S toga nije neophodno da kroz motor postoji strujanje vazduha radi
hlaenja. Motor moe biti potpuno zatvoren i na taj nain zatiden o prljavtine i
stranih materija.
Maksimalna snaga, kojom se motor moe opteretiti, je ograniena toplotom
koja se stvara tokom raa motora. Poviena temperatura u kuditu moe umanjiti
magnetinost permanentnih magneta. Usle toga se smanjuje i efikasnost
motora.
U reimima niskih i srenjih opteredenja BLC motor je efikasniji o motora sa
etkicama. to je vede opteredenje motora, razlika u efikasnosti izmeu BLC i
motora sa etkicamaje manja.
KORANI MOTORI (STEP MOTORS)
To je vrsta DC motora koja punu rotaciju vratila izvodi kroz niz diskretnih
pozicija (koraka), u kojima po potrebi mogu i stati.
Statorse sastoji od velikog broja elektromagneta. Rotorje o gvoa u obliku
zupanika. Kaa se upali prvi elektromagnet, on privue i naspram sebe
pozicionira zupce rotora. U toj poziciji zupci su malo pomereni u odnosu na
sleedi par elektromagneta. Kaa se prekine napajanje prvom i ovee napajanje
drugom paru elektromagneta zupci se pomeraju u poziciju naspram drugog para
elektromagneta. Kroz seriju takvih pomeranja, izazvanih radom mikrokontrolera,
vratilo de napraviti pun krug. Preciznost koraka zavisi o konstrukcije koranogmotora.
S obzirom na to a rotor skae iz jene u rugu poziciju nivo vibracija ko
koranog motora je vii nego ko ostalih C motora.
Kontrola raa koranih motora moe se izvoiti u:
1) Otvorenoj petlji
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
39/54
2)
Zatvorenoj petlji
Kontrola u otvorenoj petlji se primenjuje mnogo ede. Po ovim nainom
kontrole se porazumeva a mikrokontroler ne zna u kojoj su meusobnoj
poziciji rotor i stator. Iz tog razloga je neophodno da ovi motori budu veomaprecizno projektovani. Najvedi izazov za ove motore je ra po velikim
opteredenjem. Taa postoji velika verovatnoda a motor izgubi korak, tj. a se
napajanje ovee na par polova iji ogovarajudi zupci rotora nisu u previenoj
poziciji. Taa motor ulazi u reim oscilovanja ili traenja(hunting).
Kontrola u otvorenoj petlji podrazumeva prisustvo enkodera. Enkoder
obezbeuje mikrokontroleru povratnu informaciju o trenutnoj poziciji rotora u
odnosu na stator. Na taj nain, mikrokontroler je u mogudnosti a u svakom
trenutku pusti napajanje ogovarajudem paru polova (elektromagnetu).
INVERTOR (FREKVENTNI REGULATOR)
Invertor je elektronski ureaj koji pretvara jenosmernu struju (C) u
naizmeninu struju (AC).
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
40/54
NAJJEDNOSTAVNIJI INVERTOR
U ulaznom kolu se jenosmerna struja, ejstvom prekiaa, naizmenino
proputa kroz jean pa kroz rugi eo kola. Na taj nain se stvara promenljivo
magnetno polje, koje u izlaznom elu kola inukuje naizmeninu struju. Izlazna,
naizmenina, struja moe biti bilo koje frekvence i bilo kog napona.
ULAZNA STRUJA I KOMPONENTE IZLAZNE STRUJE
Sirov izlazni signal je krzav jer u sebi sari i vie harmonike (3xf0, 5xf0, 7xf0). Za
pogon AC motora je neophodan gotovo idealan sinusni signal. Zbog toga se izlazni
signal iz invertora mora filtrirati.
Najede se primenjuju za upravljenje ugaonom brzinom trofaznih motora.
Postoje dve vrste invertora:
1) Invertori bez meukola (irektni invertori)
2)
Invertori sa (naponskim ili strujnim) meukolom
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
41/54
PNEUMATSKI CILINDRI
Pneumatski cilinar je mehaniki ureaj koji za vrenje raa koristi energiju gasa
po pritiskom (najede vazuh).
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
42/54
Princip raa se jenostavno objanjava formulom
Rad pneumatskog cilinra prikazan je kroz sleede tri slike. Na prvoj je klip ustanju mirovanja. Na drugoj slici je prikazana situacija u kojoj se vazduh pod
pritiskom dovodi u cilindar. Klip se pod dejstvom pritiska pomera u desno, a
opruga se sabija. Na tredoj slici sepritisak u cilindru smanjuje, a klip se pod
dejstvom sile u opruzi pomera na levo.
RAD PNEUMATSKOG CILINDRA
Pneumatski cilinar moe biti i vostrukog ejstva. Poloaj klipa je oreenodnosom pritiska vazduha sa leve i desne strane klipa. Kod ovakvog pneumatskog
cilindra nema potrebe za oprugom.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
43/54
PNEUMATSKI CILINDAR DVOSTRUKOG DEJSTVA
Na prvoj slici je klip u nekom proizvoljnom poloaju. Na rugoj slici je prikazano
ovoenje vazuha po pritiskom preko ventila A, zbog toga se klip pomera u
desno. Na tredoj slici se vazuh po pritiskom ovoi preko ventila B, tako a se
klip pomera u levo. Treba primetiti a je aktivna povrina sa esne strane klipa
manja zbog postojanja klipnjae. To znai a je neophoan vedi pritisak vazuha
dovedenog preko ventila B kako bi klip bio u ravnotei.
Prednosti pneumatskog cilindra:
1) Medijum (vazduh) je uvek na raspolaganju
2) Vazuh se lako sklaiti i transportuje (cevima)
3)
Vazduh nije zapaljiva materija
4) Vazuh ne zagauje okolinu (nisu potrebni povratni voovi u rezervoar)
Mane pneumatskog cilindra:
1)
Relativno male sile na klipnjai2)
Problemi usle stiljivosti vazuha (male brzine, oteano precizno
pozicioniranje)
HIRAULIKI CILINRI
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
44/54
Princip raa je ientian kao ko pneumatskog cilinra. Konstrukciono,
hirauliki cilinri moraju biti robusniji zbog vedih pritisaka i sila.
Ulje je meijum koji zagauje okolinu. Zaptivanje mora biti obro, a neophoni
su i povratni vodovi za transport ulja iz cilindra nazad u rezervoar.
Prenosti hiraulikog cilinra:
1) Mogude je postodi velike sile (preko 2MN)
2) Postiu se velike brzine klipa
3) Omogudeno je precizno pozicioniranje klipa
Neostaci hiraulikog cilinra:
1)
Neophono je generisati hirauliku energiju (povedanje pritiska ulja)2)
Neophodni su povratni vodovi za ulje
3)
Visoka cena
4) Zapaljivost ulja i njegovo tetno ejstvo na okolinu
HIRAULIKI CILINAR
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
45/54
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC)
PLC je kompjuter koji se koristi za automatizaciju elektro-mehanikih procesa.
Za razliku o stanarnih personalnih raunara (PC), PLC ima veliki broj ulaznih i
izlaznih portova, otpornost na visoke temperature, prainu, vibracije, uare...
PLC je najede Real Time sistem, to znai a se aktivnosti na izlaznim
portovima izvode kao odgovor na stanje na ulaznim portovima u definisanomperiodu vremena (determinizam).
Programiranje PLC-a se vri pomodu kompjutera. Koriste se svi poznati
programski jezici, kao i sve popularnija grafika okruenja za programiranje (npr.
LabView). Programski kod PLC-a se uva u ROM-u. Konekcija kompjutera i PLC-a
se ostvaruje preko Ethernet, RS-232, RS-422 ili USB porta.
U zavisnosti od broja ulaznih i izlaznih portova PLC moe istovremeno
prikupljati poatke sa vie razliitih senzora (temperature, pritiska, protoka,pomaka...) i upravljati sa vie razliitih vrsta aktuatora (hirauliki i pneumatski
cilindri, elektro-motori...). Vie PLC ureaja se moe povezati u mreu i nataj
nain se moe upravljati celokupnim inustrijskim postrojenjima.
Neke od funkcija PLC-a mogu preuzeti i personalni raunari. Razlika je u tome
to resurs personalnog raunara biva ozbiljno potroen na ra operativnog
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
46/54
sistema. PLC nema operativni sistem, tako je u potpunosti posveden izvravanju
postavljenih zadataka.
KONKRETAN PRIMER: Koristimo PC za prikupljanje podataka sa nekog senzora.
Ukoliko se u poku prikupljanja poataka pomeri mi, pritisne neki taster natastaturi, ili se pojavi neka nova beina internet mrea, kompjuter NEE
ignorisati te promene. On de svoj fokus usmeriti na te ogaaje, jer je u njegovom
osnovnom kou to tako propisano. Za to vreme, mogude je a neke o vrenosti
koje stiu sa senzora kompjuter oita pogreno, ili a mu ak neke vrenosti i
potpuno promaknu (prekid uzorkovanja). Ovakve situacije mogu ugroziti
relevantnost prikupljenih podataka. Kod PLC-a programer sam postavlja listu
prioriteta. Tako se ne moe esiti a ogaaji manje vanosti ugroze ispravno
izvravanje glavnih zaataka.
Ukoliko postoji potreba da se PLC-u neke komande zadaju u toku rada, to se
radi preko HMI-a (Human Machine Interface). HMI je interaktivni displej koji se
programira nezavisno od PLC-a.
DIGITALNI I ANALOGNI ULAZI
Na digitalne ulaze dolazi naponski signal u samo dva stanja (0 ili 1, radi ili ne
rai, true ili false...). Takav signal olazi sa elemenata kao to su prekiai,tasteri, fotodelije... Na primer, ako je igitalni ulaz u rasponu 0-24V, sva naponska
stanja preko 22V de biti prepoznata kao 1 (ON, True, rai..), a sve manje o
2V de biti prepoznato kao 0 (OFF, False, ne rai...). Vrenosti izmeu 2V i
22V de biti neefinisane.
Analogni ulazi prihvataju niz naponskih vrednosti od nule do pune skale. Koliko
de naponskih nivoa prepoznati PLC zavisi o rezolucije. Na primer, akoje naponski
opseg analognog ulaznog kanala 0-10V, a rezolucija 10 bita (210
=1024 nivoa),
najmanja vrenost koju de PLC modi a prepozna je 10/10240.01V. to vedurezoluciju ima PLC to moemo raiti sa preciznijim vrenostima.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
47/54
SAMPLE AND HOLD KOLO (S/H)
Zadatak S/H kola je da prihvati naponski nivo koji se dovodi na ulaz i da ga
orava sve ok A/ konvertor (A/) ne izvri konverziju. Za oravanje
naponskog nivoa u S/H kolu je zauen konenzator. Uestanost kojom ra S/H jeuslovljena brzinom konverzije A/D konvertora.
Ako bi vrednost napona na ulaznom portu A/D bila promenljiva, proces
komparacije ne bi mogao da bude obavljen dovoljno precizno. Interno generisani
napon ne bi mogao da bude jednak sa naponom na ulazu, ako se ovaj stalno
menja. Oravanje napona na ulazu konstantnim je upravo zadatak S/H kola.
PRINCIP RADA S/H KOLA
Na slici se moe vieti kako se ra S/H manifestuje. Sivom bojom je oznaen
signal koji olazi sa nekog senzora. Zelenom bojom su oznaene take koje smo u
mogudnosti a uzorkujemo (s obzirom na sample rate i brzinu konverzije A/).
Poto su to jeine vrenosti koje mi viimo iz celog signala, slika koju obijamo
je sleeda
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
48/54
Slika koju smo dobili ne oraava u potpunostiverno izgled signala koji smo
pratili. Plava isprekiana linija spaja take koje smo uzorkovali, i mi
PRETPOSTAVLJAMO a se neuzorkovane take nalaze na toj liniji, ili u njenoj
neposrednoj blizini. Jasno je a de slika koju obijamo biti blia realnoj slici
ukoliko buemo uzorkovali vedi broj taaka iz signala. To znai a moramo
uzorkovati vedom brzinom. Rzmotridemo va karikirana sluaja. Sluaj ekstremno
sporog uzorkovanja i sluaj jakobrzog uzorkovanja.
KARIKIRANI PRIMER SPOROG UZORKOVANJA
PRIMER UZORKOVANJA KOJEM SE TEI (BRZO UZORKOVANJE)
Na slici koja predstavlja jako sporo uzorkovanje je predstavljena pojava koja sezove aliasing. eava se ona kaa je uestanost uzorkovanja aleko manja o
frekvence signala. Stvara se lana slika o signalu koji pratimo (evientno je na
gornjoj slici da smo jako sporim uzorkovanjem potpuno izgubili jean pozitivan i
va negativna pika). Najkvistova teorema (pravilo poznato i po nazivom enonov
obrazac) kae a je neophono a uestanost uzorkovanja bue bar va puta
vede o frekvence signala koji se prati kako ne bi olo o aliasing-a.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
49/54
MULTIPLEKSER (MUX)
Multiplekser je elektronska komponenta koja ima vie naponskih ulaza, a samo
jean izlaz. U jenom trenutku, na izlazu se moe obiti signal sa samo jenog o
ulaznih kanala.
EMATSKI PRIKAZMULTIPLEKSERA
Signali na ulaznim kanalima multipleksera ne ulaze ni u kakvu interakciju. Oni se
ne sabiraju, ne ouzimaju, ne mnoe, ne ele... Jenostavno kroz multiplekser se
u jenom trenutku proputa jean o ulaznih kanala. Sa kojeg o ulaznih kanala
de prodi signal na izlazni kanalmultipleksera, oreuje se pomodu pinova za
selekciju (na slici su obeleeni sa S1i S2). Na pinove za selekciju dolazi digitalni
signal (samo va stanja ima napona/nema napona).
Svaki o kanala ima svoju aresu izraenu binarnim brojevima. Na primer, za
multiplekser prikazan na gornjoj slici adrese kanala bi izgledale ovako:
Ulazni kanalAdresa (binarni broj)
S1 S2A 0 0
B 0 1
C 1 0
D 1 1
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
50/54
Iz gornje tabele se jasno vii a ni fiziki ne postoji ansa a se preko pinova za
selekciju oabere a kroz multiplekser prou signali sa va kanala istovremeno.
Takoe, za vredi broj ulaznih kanala neophono je a postoji i vedi broj pinova za
selekciju. Ako je n broj pinova za selekciju 2nmora biti vede ili jenako broju
ulaznih kanala!!!
FIZIKI IZGLE MULTIPLEKSERA
PRIMENA MULTIPLEKSERA
Idealna aparatura za prikupljanje podataka u okviru nekog mernog ili
mehatronikog sistema bi izgleala ovako:
Ovakav sistem na omogudava istovremeno procesiranje svih kanala. Mana
ovakvog sistema je jako visoka cena. Ukoliko nam nije neophodno da se signali sa
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
51/54
svih senzora obrauju istovremeno, moemo upotrebiti multiplekser i umanjiti
trokove sistema za tri A/ konvertora. To bi izglealo ovako:
Ovakva aparatura nam omogudava a i alje istovremeno uzorkujemo poatke sasva etiri senzora, ali se vreme konverzije povedava etiri puta (jean A/
konvertor rai za sva etiri kanala).
Ukoliko nam ni simultano uzorkovanje nije neophodno, multiplekserse moe
postaviti omah posle senzora. Na taj nain se tei i na tri S/H kola. Aparatura u
tom sluaju izglea ovako:
Ovako sklopljena aparatura sekvencijalno obrauje kanale. To znai a je
uzorkovanje na rugom kanalu mogude tek kaa signal sa prvogbue obraen i
primljen u PLC. Uzorkovanje na tredem moe poeti tek po zavretku obrae
signala sa drugog kanala, itd...
Vano je napomenuti a multiplekser moe a rai vosmerno. To znai a se
jena vrsta multipleksera moe koristiti sa ulazne strane PLC-a, u cilju prikupljanja
podataka, ali i sa izlazne strane PLC-a kada postoji potreba da se jednim izlaznim
kanalom PLC-a kontrolie ra vedeg broja aktuatora!!!
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
52/54
MEMORIJA
ROM (Read Only Memory)
Kako ime kae to je vrsta memorije koja moe samo ase ita. Njenaosnovna olika je to to ne gubi svoj saraj po prestanku napajanja.
Najede se upotrebljava za uvanje koa koji kontrolie ra atog ureaja.
Npr. nain na koji de se neki PLC ponaati uva se u njegovoj ROM memoriji.
Vrste ROM
1)
PROM (Programmable Rea Only Memory) Moe se programirati samo
jenom. To se rai na ureaju PROM programer, koji koristi visok napon kako bi
sastavio/rastavio interne veze na ipu.
2) EPROM ( Erasable Programmable Rea Only Memory) Moe se brisati
saraj ipa ako se izloi ultraljubiastom zraenju (10min.). Izlaganje
ultraljubiastim zracima (i ponovno programiranje) skraduje ivotni vek EPROM-a.
Broj brisanja/programiranja je ipak vedi o hiljau. Na sebi imaju prozor kroz
koji je previeno a prou UV zraciu procesu brisanja.
3)
EEPROM (Electricaly Erasable Programmable Read Only Memory) Daje
mogudnost brisanja saraja ipa elektronskim putem.
FLASH memorija je moderan tip EEPROM-a. Dpzvoljava preko milion
pisanja/brisanja.
RAM (Random Access Memory)
Ranom znai nasumino, a ukazuje na to a se svakom poatku iz RAM
moe pristupiti u bilo kom trenutku bez obzira na na to ge se on nalazi u onosuna prethono korideni poatak iz memorije.
U RAM-u se uvaju poaci koji su rezultat nekih operacija (kompjuteru, PLC-
u,...)
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
53/54
A/D KONVERTOR
To je elektronski ureaj koji naponski signal pretvara u ogovarajudu numeriku
vrednost.
A/ rai tako to napon koji je oveen na ulaz uporeuje sa naponom koji on
interno generie. A/ uporeuje niz vrenosti (interno generisani napon se
graualno povedava), a zaustavlja se kaa interno generisani napon postane
jenak (sa unapre efinisanim ostupanjima) naponu na ulazu.
Bitan podatak za A/D konvertor je radni opseg. To je naponski opseg sa kojime
A/ konvertor moe a radi (npr. 0-5V, ili 5, 10V...).
ve osobine A/ konvertora su kljune za njegov ra
1) Brzina konverzije
2) Rezolucija
BRZINA KONVERZIJE
Proces konverzije (tj. uporeivanja interno generisanog napona sa naponom na
ulazu u A/D konvertor) zahteva vreme. To vreme se meri u milisekundama, ali se
ne sme zanemariti. Vremenski razmak izmeu va uzorkovanja ne sme biti manji
od vremena potrebnog za konverziju u A/D konvertoru!!! Brzina konvertovanja
iktira uestanost uzorkovanja. to je veda brzina uzorkovanja, to je merenje
preciznije, tj. naaprestava o promeni fizike veliine koju pratimo je blia
realnosti. Pokaimo to kroz va primera.
REZOLUCIJA
Rezolucija nam govori o tome na koliko nivoa je podeljen naponski radni opseg
konvertora. Rezolucija A/D konvertora se izraava u bit-ovima. Broj nivoa je
stepen broja va (2). To znai a osmobitni (8 bit) A/ konvertor raspolae sa
28=256 nivoa.
7/21/2019 Skripta_Mehatronika (1)
54/54
Konkretan primer bi bio sleedi. Najmanja vrenost koju esetobitni (10 bit) A/
konvertor, radnog opsega 0-10V, moe a pokae je 10V/210=10V/102410mV.Ta vrenost se naziva LSB (Least Significant Bit). U cilju to preciznijeg merenja
potrebno je a i rezolucija A/ konvertora bue veda.